Asymmetric donor-acceptor molecule-regulated core-shell-solvation electrolyte for high-voltage aqueous batteries

电解质 溶剂化壳 溶剂化 水溶液 芯(光纤) 分子 接受者 化学 材料科学 化学物理 化学工程 物理化学 电极 有机化学 物理 复合材料 工程类 凝聚态物理
作者
Rui Lin,Changming Ke,Juner Chen,Shi Liu,Jianhui Wang
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:6 (2): 399-417 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.joule.2022.01.002
摘要

Summary

Salt-concentrated aqueous electrolytes show a wider electrochemical window than conventional aqueous electrolytes, yet still suffer from significant hydrogen evolution reaction (HER) at <1.9 V versus Li+/Li. Introducing organic compounds was reported to alleviate HER, but all reported organic additives are flammable, inevitably compromising the safety property. Here, we report a new all-nonflammable-ingredient aqueous electrolyte via hybridizing with nonflammable methylurea. The structurally asymmetric methylurea molecules possessing both donor and acceptor functional groups regulate the hydrogen bonding network, resulting in peculiar nanoscale core-shell-like clusters. Such unique solution structure allows localized super-high salt concentration in the electrolyte and suppresses HER at 0.5 V versus Li+/Li, achieving a 4.5 V electrochemical window. Under a harsh testing condition with low electrolyte loading, no excess Li resource, no electrode precoating, and conventional aluminum current collectors, this electrolyte realizes a stable cycling of a rocking-chair NbO2|LiMn2O4 full cell (∼175 Wh kg–1) without compromising the safety property.
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